公路隧道工程三

第五章结构体系一、隧道结构体系概述二、支护结构选用的原则三、锚喷支护四、隧道结构体系设计方法一、隧道结构体系概述

隧道的结构体系是由围岩和支护结构共同组成的。其中围岩是主要的承载元素，支护结构是辅助性的，但通常也是必不可少的，在某些情况下，支护结构主要起承载作用。这就是按现代岩石力学原则设计支护结构的基本出发点。

隧道开挖前岩体处于初始应力状态，谓之一次应力状态；开挖隧道后引起了围岩应力的重分布，同时围岩将产生向隧道内的位移，形成了新的应力场，称之为围岩的二次应力状态，这种状态受到开挖方式(爆破、非爆破)和方法(全断面开挖、分部开挖等)的强烈影响。如果隧道围岩不能保持长期稳定，就必须设置支护结构，从隧道内部对围岩施加约束，控制围岩变形，改善围岩的应力状态，促使其稳定，这就是三次应力状态。显然这种状态与支护结构类型、方法以及施设时间等有关。三次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结构，这样，这个力学过程才告结束。二支护结构选用的原则

支护结构的基本作用在于：与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，能承受可能出现的各种荷载；保持隧道断面的使用净空；防止围岩质量的进一步恶化；提供空气流通的光滑表面。因此，任何一种类型的支护结构都应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性。（一）支护结构的基本要求1.必须能与围岩大面积地牢固接触，即保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作。重视早期支护的作用，并使早期支护与永久支护相互配合，协调一致地工作。要允许隧道围岩能产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力而减少对支护结构的不利作用，使两者更加协调的工作。4.必须保证施作支护结构的及时性。5.作为支护结构要能根据隧道围岩的动态(位移、应力等)，及时地进行调整和修改，以适应不断变化的围岩状态。（二）支护结构类型根据其使用目的，支护结构可分为：防护型支护

构造型支护

承载型支护

根据其施作的时间先后顺序，支护结构可分为：超前预支护

初期支护二次衬砌

（一）喷锚支护的基本概念1)喷锚支护是①喷混凝土支护、②喷混凝土+锚杆支护、③喷混凝土+锚杆+钢筋网支护、④喷混凝土+锚杆+钢筋网+钢架支护的统称，三、锚喷支护

﹙2﹚射混凝土衬砌是利用泵或高压风作动力，把混凝土混合料通过喷射机、输料管及喷头直接喷射到隧道围岩壁上的支护方法。

﹙3﹚锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状体，锚杆支护是通过锚入岩体内部的钢筋，与岩体融为一体，达到提高围岩的力学性能、改善围岩的受力状态，实现加固围岩、维护围岩稳定的目的。（一）喷锚支护的基本概念

﹙4﹚是一种支护及时，加固围岩，控制围岩变形，能充分利用和发挥围岩自承能力的支护衬砌形式，具有柔性、紧贴围岩、与围岩共同变形等特点（一）喷锚支护的基本概念（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙1﹚粘接作用

增加了围岩切向方向的约束力，使围岩与喷层共同作用。（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙2﹚弯曲压缩作用

由于向内产生径向变位受到弯曲压缩，对围岩施加了径向约束力。（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙3﹚抗剪切作用

抵抗围岩局部松动岩块向洞内滑移（二）喷混凝土衬砌作用机理﹙4﹚楔效应，嵌入岩缝。﹙5﹚减少局部集中应力。﹙6﹚防止发生风化。（三）喷混凝土衬砌施工基本要求

第一.隧道开挖后及时施作;

第二.与围岩紧密粘结、不留空隙，与围岩共同工作。第三.分多层喷射，达到设计厚度。（四）锚杆的作用机理﹙1﹚悬吊作用把围岩局部松动可能向洞内滑移的岩块锚固定起来（四）锚杆的作用机理﹙2﹚组合梁作用把水平层状岩体叠合组成组合梁（锚杆群）（四）锚杆的作用机理﹙3﹚缝缀作用增加整体性（即增加裂缝之间的摩擦力）

（四）锚杆的作用机理﹙4﹚内压作用向围岩施加经向的约束压应力（五）永久锚杆的技术上要求

第一要确保锚杆全长注浆饱满，与岩体连成整体；第二要求锚杆达到使用耐久，避免松驰、锈蚀、腐蚀损坏。锚杆种类如下：1全长粘结型锚杆;2端头锚固型锚杆;3摩擦型锚杆;4预应力锚杆。在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围删岩条驱件下奸，锚古杆应截按系安统锚挥杆设朱计，狡并符航合下爸列规宇定：1锚杆培一般犯应沿乌隧道益周边自径向作布置狼，当鼓结构猾面或援岩层肾层面酬明显秆时，辨锚杆砍应与森岩体将主结翁构面撇或岩桨层层箭面成貌大角待度布叔置。2锚杆应求按矩形隶排列或臣梅花形销排列。3锚杆腰间距锣不得仆大于1.糕5m。间距捆较小时繁，可采劝用长短浪锚杆交所错布置往。4两车伯道隧爆道系厌统锚赖杆长最度一钟般不土小于2.封0m，三坦车道骨隧道半系统顶锚杆限长度茂一般采不小断于2.这5m。系统棋锚杆枕布置收方式讨有梅夺花形俘排列眼和矩厕形排趴列梅花形碑排列穷矩形百排列在围岩拢条件较锡差地段畅、或地数面沉降逝有严格汤限制时床，应在表初期支管护内增愉设钢架态。常用雪的钢架欺有：钢筋今格栅陶钢架滩、工字钢墙钢架、U型钢钢皆架和H钢钢陶架。钢架锡支护幅宜优略先选晓用格锤栅钢批架支裁护。四请隧道以结构足体系馋设计邮方法（一迎）结原构力桂学方贤法1.荷载—结构堵模型崭的建菜立图5-电24荷载—结构模仁型2.作用(荷载)组成采用荷尝载—结构耍模型的分析岂支护普结构挖内力阀时，骗其中混最重兽要的尘是确丝式定围多岩的贪松动熊压力磨，支峰护结顷构自燥重可随按预峡先拟镇定的寒结构雹尺寸核和材边料容坏重计梯算确驼定。（二钩）岩抖体力号学方烦法在隧道缸结构体爆系中，功一方面垫围岩本琴身由于肚支护结紧构提供骂了一定奖的支护敲抗力，阿而引起蹈它的应扬力调整察，从而上达到新换的稳定牙；另一脚方面由炮于支护全结构阻晒止围岩腥变形，希也必然旋要受到盾围岩给率予的反泛作用力薄而发生凶变形。茄这种反竖作用力织和围岩伯的松动踢压力极妻不相同弱，它是组支护结田构和围柏岩共同重变形过险程中对哈支护施遮加的压据力，故拉可称为“形变压姓力”。目前对漂于这种精模型求纸解方法忆有解析椅法、漂数值迫法、灯特征戚曲线坊法三种。1、解乖析法该方薯法根雹据所摊给定蝴的边政界条河件，伶对问骂题的馋平衡键方程斤、几理何方随程和低物理错方程万直接哈求解皱。2、数值侨方法对于社几何总形状岩和围将岩初卵始应罩力状愿态都江比较碎复杂扣的隧番道，剃一般洗需要推采取出数值眼方法瓶，尤月其是我需要障考虑拔围岩驾的各遗种非婚线性撒特性能时。慢该方蝴法主饲要是累指有碧限单蚊元法舞，它抢是把倚围岩圈和支恋护结溜构都思划分急为单设元，砍然后许根据围能量哲原理蜻建立笑起整糠个系喘统的竞虚功戚方程浮，也紫称刚度方溜程，从斗而求除出系姨统上头各节洲点的渗位移锻以及谅单元模的应衰力。3、特征饲曲线法特征曲累线法也正称为“收敛—约束”法听，是奖用围关岩的粉支护乓需求身曲线支和支登护结遭构的稿补给溜曲线霸以求双得达各到稳线定状梦态时册支护酬结构粮的内前力。特征肚曲线笼法的皂基本旦原理送是：在隧道唇开挖同后，串如无识支护鹅，围翻岩必冰然产这生向截隧道需内的欣变形(收敛)。施黄加支丙护以趣后，揭支护占结构戚约束妻了围点岩的仁变形(约束)，此虎时围票岩与翠支护庆结构狸一起搅共同华承受控围岩顺挤向东隧道江的变除形压券力。（三）查以围岩王分级为崖基础的树经验设坊计方法在大蚁多数驾情况么下，钞隧道乒支护磁体系责还是慢依赖“经验设悬计”的，并孤在实施悦过程中俱，依据械量测信抚息加以很修改和鞭验证。我们大其致上可帐以发现迫在进行娃支护结洽构经验怎设计时苦，需要芒注意的趴几点的岩原则是尺：首先抗对隧柱道围陪岩要逢有一盲个正甲确的因分级在各级甩岩体中墓，支护摊结构参膀数大体今是按下抬述原则瘦选用的甘：在施向工中钢应尽答量少盲损害央围岩龟，使东其尽棒量保禽持原眠有岩距体的旱强度铃，因顷此，慎应采弃用控肯制爆概破技格术。预计有顾大变形巡寿和松弛则的情况组下，开勺挖面要贿全面防访护(包括如正面)，使份之有垫充分挣的约概束效饱应，使在分扇台阶龙开挖偷时，崭上半府断面均进深亩不宜遵过长前，以丢免影延响整帐个断撇面的日闭合于时间藏。二次衬速砌通常躁是模筑确的，在批修二次吊衬砌之帅前要设指防水层准，形成问具有防方水性能余的组合包衬砌。允许敢甚至黄希望砌岩石害出现皆一定编的变乔形，梦以减边少为搏完成歼支护识作用飞所需叉的防喜护措箭施。制定驴详细盾周密图的量粒测计艺划。调通过松量测垒，确枯定所境建立小的支车护阻蔬力是典否和醋围岩洁类型码相适鲜应以征及还雁需要渠什么螺样的喝加强齿措施睡等。支护结飞构的施季工顺序文与正确绵地掌握兰岩体的买时间效堂应很有败关系。（四攀）监谋控设谦计方争法由于都地下恒结构番的受忙力特姐点极骄其复腥杂，尝自50年代以疯来，国接际上就稀开始通叫过对铁亏路隧道殿的量测服来监视辫围岩和侮支护结剧构的状竖态，并捕应用现吩场监测喇结果修呈改设计屯、指导省施工。监控们设计格通常限包括悼两个虹阶段对：施受工前花预设宽计阶货段和做修正摆设计厕阶段举。监控设强计的主要制环节包括终：现委场监带测、禾数据左处理所、信饶息反适馈三等个方滔面。最现场欺监测厌包括抓：制誓定监筐测方挥案、忆确定望测试间内容斧、选伤择测袋试手卡段、殊实施汉监测使计划踪蝶。数递据处惊理包义括：订原始堡数据锡的整史理、隆明确情数据套处理没的目策的、瓣选择耕处理斥方法绪、提鸣出处列理结象果。牛信息蹲反馈煤包括换：反秒馈方犁法(理论反帜馈与经渗验反馈)和反馋馈的垒作用(修改设政计与指特导施工)。第六章智防排水一、拢隧道狼防排幅水基爆本原储则二、隧觉道防排场水系统除组成三、防碗排水材依料四、防慎水板无坊钉铺设除技术隧道渗防排秆水应音当遵徐循“迁防、语排、尘堵、界截结钞合，谱因地德制宜植，综目合治路理”原的原烤则，鄙保证腔隧道季结构企物和学运营湾设备青的正各常使转用和陈行车亮安全垃。隧求道建宾成后寒，应穷满足窜拱部职、边围墙、割路面秩、设雷备箱掏洞不捎渗水派，隧勾道衬成砌背湖后不见积水沟，排漠水沟浸不冻朴结，垮车行寻横通迅道、涛人行惕横通迷道拱办部不地滴水捧，边凡墙不沙淌水勤。一、科隧道夹防排征水基登本原稻则二、隧悄道防排佣水系统卡组成防水迈工程揪包括戚衬砌芹柔性找防水筝工程雅及衬赚砌漏疼水防秀水工挽程。拍二次萍衬砌岩与喷众射砼夫之间奇设置唉防水岸板作浑为柔沈性防辜水设籍施。贼衬砌刚结构麻自身号要求仆密实呈。沉坏降缝碗、伸煤缩缝逆采用烫背贴弄式止逮水带旗加中雀埋式挖橡胶更止水词带防斜水，逼施工员缝采粉用背我贴式杏止水冤带防姿水加东带注秃浆管朴的遇碌水膨扰胀橡米胶止响水条班防水察。排水娃工程楼包括联衬砌掘背面寇排水补工程秧、路卫缘排时水工解程以辱及洞皂顶截虾水工夕程。三、防奥排水材讯料防水层